本文从网络模型、数据结构和内存管理、持久化和多机协做四个角度对redis的设计思路进行分析。
一.网络模型redis
Redis是典型的基于Reactor的事件驱动模型，单进程单线程，高效的框架老是相似的。网络模型与spp的异步模型几乎一致。算法
Redis流程上总体分为接受请求处理器、响应处理器和应答处理器三个同步模块，每个请求都是要经历这三个部分。数据库
Redis集成了libevent/epoll/kqueue/select等多种事件管理机制，能够根据操做系统版本自由选择合适的管理机制，其中libevent是最优选择的机制。安全
Redis的网络模型有着全部事件驱动模型的优势，高效低耗。可是面对耗时较长的操做的时候，一样没法处理请求，只能等到事件处理完毕才能响应。因此了解清楚网络模型有助于在业务中扬长避短，减小长耗时的请求，尽量多一些简单的短耗时请求发挥异步模型的最大的威力。服务器
二.数据结构和内存管理网络
1.字符串数据结构
1.1 内存管理方式框架
动态内存管理方式，动态方式最大的好处就是可以较为充分的利用内存空间，减小内存碎片化，与此同时带来的劣势就是容易引发频繁的内存抖动，一般采用“空间预分配”和“惰性空间释放”两种优化策略来减小内存抖动，redis也不例外。异步
每次修改字符串内容时，首先检查内存空间是否符合要求，不然就扩大2倍或者按M增加;减小字符串内容时，内存并不会马上回收，而是按需回收。ide
关于内存管理的优化，最基本的出发点就是浪费一点空间仍是牺牲一些时间的权衡，像STL、tcmalloc、protobuf3的arena机制等采用的核心思路都是“预分配迟回收”，Redis也是同样的。
1.2 二进制安全
判断字符串结束与否的标识是len字段，而不是C语言的’\0’，所以是二进制安全的。
放心的将pb序列化后的二进制字符串存入redis。
简而言之，经过redis的简单封装，redis的字符串的操做更加方便，性能更友好，而且屏蔽了C语言字符串的一些须要用户关心的问题。
2.字典(哈希)
字典的底层必定是hash，涉及到hash必定会涉及到hash算法、冲突的解决方法和hash表扩容和缩容。
2.1 hash算法
Redis使用的就是经常使用的Murmurhash2，Murmurhash算法可以给出在任意输入序列下的散列分布性，而且计算速度很快。以前作共享内存的Local-Cache的需求时也正是利用了Murmurhash的优点，解决了原有结构的hash函数散列分布性差的问题。
2.2 hash冲突解决方法
链地址法解决hash冲突，通用解决方案没什么特殊的。多说一句，若是选用链地址解决冲突，那么势必要有一个散列性很是好的hash函数，不然hash的性能将会大大折扣。Redis选用了Murmurhash，因此能够放心大胆的采用链地址方案。
3.整数集合
变长整数存储，整数分为16/32/64三个变长尺度，根据存入的数据所属的类型，进行规划。
每次插入新元素都有可能致使尺度升级(例如由16位涨到32位)，所以插入整数的时间复杂度为O(n)。这里也是一个权衡，内存空间和时间的一个折中，尽量节省内存。
4.跳跃表
Redis的skilplist和普通的skiplist没什么不一样，都是冗余数据实现的从粗到细的多层次链表，Redis中应用跳表的地方很少，常见的就是有序集合。
5.链表
Redis的链表是双向非循环链表，拥有表头和表尾指针，对于首尾的操做时间复杂度是O(1)，查找时间复杂度O(n)，插入时间复杂度O(1)。
三.AOF和RDB持久化
AOF持久化日志，RDB持久化实体数据，AOF优先级大于RDB。
1.AOF持久化
机制：经过定时事件将aof缓冲区内的数据定时写到磁盘上。
2.AOF重写
为了减小AOF大小，Redis提供了AOF重写功能，这个重写功能作的工做就是建立一个新AOF文件代替老的AOF，而且这个新的AOF文件没有一条冗余指令。(例如对list先插入A/B/C，后删除B/C，再插入D共6条指令，最终状态为A/D，只需1条指令就能够)
实现原理就是读现有数据库的状态，根据状态反推指令，跟以前的AOF无关。一样，为了不长时间耗时，重写工做放在子进程进行。
3.RDB持久化
SAVE和BGSAVE两个命令都是用于生成RDB文件，区别在于BGSAVE会fork出一个子进程单独进行，不影响Redis处理正常请求。定时和定次数后进行持久化操做。
简而言之，RDB的过程实际上是比较简单的，知足条件后直接去写RDB文件就结束了。
四.多机和集群
1.主从服务器
避免单点是全部服务的通用问题，Redis也不例外。解决单点就要有备机，有备机就要解决固有的数据同步问题。
1.1 sync——原始版主从同步
Redis最初的同步作法是sync指令，经过sync每次都会全量数据，显然每次都全量复制的设计比较消耗资源。改进思路也是常规逻辑，第一次全量，剩下的增量，这就是如今的psync指令的活。
1.2 psync
部分重同步实现的技术手段是“偏移序号+积压缓冲区”，具体作法以下：
(1)主从分别维护一个seq，主每次完成一个请求便seq+1，从每同步完后更新本身seq;
(2)从每次打算同步时都是携带着本身的seq到主，主将自身的seq与从作差结果与积压缓冲区大小比较，若是小于积压缓冲区大小，直接从积压缓冲区取相应的操做进行部分重同步;
(3)不然说明积压缓冲区不可以cover掉主从不一致的数据，进行全量同步。
本质作法用空间换时间，显然在这里牺牲部分空间换回高效的部分重同步，收益比很大。
2.Sentinel
本质：多主从服务器的Redis系统，多台主从上加了管理监控，以保证系统高可用性。